鐘輝 煙臺現(xiàn)代冰輪重工有限公司

一、余熱鍋爐的特點

（一）余熱鍋爐的邊界條件

余熱鍋爐具有相對較多的邊界條件，因此與常規(guī)鍋爐相比在實際進行設計工作時需要受到更多條件的限制，這對優(yōu)化設計工作的順利開展帶來一定難度。燃氣輪機余熱鍋爐熱源的主要來源，燃氣輪機和蒸汽輪機所具備的共同特征就是定型以及標準。煙氣參數(shù)的輸出是燃氣輪機不可避免的一部分內(nèi)容，注意這一參數(shù)具備一定的確定性。溫度T，流量VG 和壓力PG 都可對其進行直觀體現(xiàn)，煙氣特點是余熱鍋爐所必須適應的一部分內(nèi)容。

需要注意的是余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)也由蒸汽輪機來接受，其中主要包括溫度t，流量D 和壓力P，這對余熱鍋爐有一定的制約作用。所以我們說在實際對余熱鍋爐進行設計工作時兩端邊界條件都會對其造成一定的限制。

（二）高煙氣余熱利用率和工質(zhì)循環(huán)的高效率

余熱鍋爐設計中，既要求余熱鍋爐煙氣余熱利用的高效率，又要求余熱鍋爐工質(zhì)循環(huán)的高效率。余熱鍋爐中，沒有空氣預熱器；而常規(guī)鍋爐通常包括空氣預熱器，空氣預熱器加熱空氣的功能除了提高爐膛溫度和燃燒效率外，還能調(diào)整鍋爐的排煙溫度，使鍋爐有較高的給水溫度和較低的排煙溫度。線段ecfc 表示了空氣預熱器吸熱量，以降低排煙熱損失?？諝忸A熱器是常規(guī)鍋爐獲得較高效率和鍋爐與汽輪機系統(tǒng)工質(zhì)循環(huán)熱效率的不可缺少部件。余熱鍋爐中則沒有這樣的部件來調(diào)節(jié)總體性能，但卻要求達到余熱利用效率和工質(zhì)循環(huán)效率的優(yōu)化。這既是余熱鍋爐的特點，也是設計難點。

二、余熱鍋爐設計的幾個問題

（一）余熱鍋爐熱力參數(shù)及系統(tǒng)選擇

無論采用自然循環(huán)還是強制循環(huán)，選用單壓系統(tǒng)還是多壓系統(tǒng)，余熱鍋爐設計首先要選定其技術參數(shù)，尤其是蒸汽壓力。蒸汽壓力的變化直接影響余熱的利用效率Gwb和汽機熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率Gws。余熱鍋爐應努力降低其排煙溫度，將煙氣焓轉化為工質(zhì)焓，獲得最大的轉化效率。余熱鍋爐汽包壓力的高低對其轉化效率會產(chǎn)生重要影響。

當余熱鍋爐的蒸汽溫度、給水溫度不變時，隨著蒸汽壓力的下降，余熱利用的效率提高。蒸汽壓力從7MPa 減小到1MPa時，若采用單壓系統(tǒng)，余熱利用效率可增大10%左右。事實上，要防止低溫腐蝕，排煙溫度不可能無限制地降低，因此，余熱利用效率的增加量要稍低些。從汽機的熱力循環(huán)角度看，在其他條件相同時，若蒸汽壓力升高（或降低），工質(zhì)的循環(huán)效率將隨之提高（或降低）。但汽輪機是定型產(chǎn)品，蒸汽壓力的選取要滿足余熱鍋爐制造商與汽輪機制造商雙方的要求，達到壓力的優(yōu)化選擇。當燃用油燃料時，通常油中含有一定量的硫，煙氣中過量空氣量較大，煙氣的酸露點溫度較高，為防止煙氣對低溫受熱面的腐蝕，受熱面的最低工質(zhì)溫度在露點附近。

因此，排煙溫度受酸露點影響而取較高值。當燃用天然氣時，不存在酸低溫腐蝕，排煙溫度高于煙氣中水露點就能滿足要求。采用降低工質(zhì)工作壓力的辦法，可以獲得較低的排煙溫度，提高了余熱利用效率Gwb。但這有可能因工質(zhì)工作壓力太低，導致工質(zhì)循環(huán)熱效率下降。因此，可采用雙壓或三壓系統(tǒng)作為工質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)。

（二）余熱鍋爐的傳熱計算

余熱鍋爐的傳熱計算，可按對流傳熱理論進行。在工程實踐中，各制造廠可按技術規(guī)范、實踐經(jīng)驗和制造工藝進行。設計、計算結果有一定的差異是正常的，若差異很大，就存在參數(shù)的優(yōu)化問題。筆者曾比較過幾家鍋爐制造廠的同類型余熱鍋爐，在煙氣流量、煙氣溫度、工質(zhì)參數(shù)基本相近的條件下，蒸發(fā)器受熱面的結構、設計差別較大。甲、乙2 家鍋爐制造廠的設備都能達到設計要求，它們的蒸發(fā)器熱交換器的放熱、吸熱介質(zhì)參數(shù)差異很小，傳熱量很接近。雖然計算中，因采用不同標準，安全裕度有一定差別，但都符合相關標準。但產(chǎn)品受熱面的重量相差1 倍，其受熱面面積相差更大。設計人員和鍋爐制造廠應該重視標準及技術規(guī)范的選用，標準及技術規(guī)范影響余熱鍋爐的設計，選用不當，可能因余熱鍋爐設計、制造技術缺乏市場競爭力而被淘汰。

（三）余熱鍋爐優(yōu)化分類

作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的主要部分，余熱鍋爐是根據(jù)燃氣輪機型號規(guī)范、廠址條件和用戶需求，通過優(yōu)化設計制造的主要設備。按照汽水循環(huán)方式，余熱鍋爐可分為以下3 種：

（1）自然循環(huán)。自然循環(huán)鍋爐的煙氣水平流過垂直的管束，下降管向蒸發(fā)器管束中灌水，部分水在蒸發(fā)器管束中吸熱轉化為蒸汽，水和蒸汽的混合物經(jīng)上升管進入鍋筒，其優(yōu)點是結構比較簡單。

（2）直流鍋爐。直流鍋爐的給水在蒸發(fā)器中沒有再循環(huán)，直接由省煤器進入蒸發(fā)器蒸發(fā)成飽和蒸汽后，進入到過熱器進行過熱。

（3）強制循環(huán)鍋爐。強制循環(huán)鍋爐的煙氣是垂直流過水平管束，其優(yōu)點是熱慣性較小且占地面積少。

三、結語

余熱鍋爐熱力參數(shù)取決于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的諸多因素。熱力參數(shù)應與汽輪機入口參數(shù)合理匹配，當余熱鍋爐與汽輪機的熱力參數(shù)發(fā)生矛盾時，應進行比較，使煙氣的余熱利用效率和工質(zhì)循環(huán)效率疊加得到最大。余熱鍋爐蒸汽壓力、窄點溫差、排煙溫度及給水溫度的選定對其總體性能有重要影響，它們之間相互影響，不僅影響煙氣余熱利用效率，還影響設備的制造成本。在具體工程中，應考慮當?shù)氐膶嶋H條件及用戶的特要求，進行綜合分析、比較，決定各參數(shù)的取值。